這篇工程管理論文發表了隧道仰拱施工質量檢測方法，論文根據多年的檢測經驗，對比分析了隧道仰拱施工質量現有主要檢測方法的優缺點，并就隧道仰拱施工質量檢測方法的選取提出了合理建議，以期達到為今后隧道仰拱施工質量檢測提供借鑒的目的。

　　關鍵詞:工程管理論文,隧道仰拱,質量檢測,地質雷達,傳統地質鉆機

　　引言

　　伴隨著國家中長期鐵路規劃的逐步實施，西部路網規模不斷擴大。在多山的西部地區修建鐵路“逢山鑿洞，遇河架橋”，隧道工程所占的比例越來越大。仰拱作為隧道襯砌結構的重要組成部分，能改善襯砌結構的受力形式，調整支護結構的軸力和彎矩分布，在提高隧道襯砌結構的承載能力、安全度和耐久性，抑制圍巖內塑性區的擴展，約束隧道洞周位移發展等方面有重要作用[1-2]。盡管隧道仰拱對于隧道襯砌結構極其重要，但在仰拱實際施工過程中，施工質量控制卻困難重重，主要原因:一方面是隧道仰拱屬于隱蔽性工程，有效監管困難;另一方面是受仰拱與掌子面距離限制和上臺階施工干擾，為了保證施工進度，施工單位經常將仰拱與仰拱填充一次澆筑。因此，選取合適的檢測方法對隧道仰拱施工質量進行檢測意義重大。

　　1隧道仰拱常見施工質量問題及現有的主要檢測方法

　　在以往的檢測過程中，發現仰拱施工主要存在的質量問題有仰拱厚度不足、仰拱強度不夠、仰拱填充回填片石或洞渣、仰拱底部清理不徹底，有虛渣、仰拱鋼筋或鋼架間距超標甚至缺失等[3]。這些質量問題的存在，將會導致隧道結構整體承載能力的降低，出現仰拱隆起、翻漿冒泥、拱墻開裂，甚至隧道整體失去穩定等一系列影響運營安全的事故發生。隧道仰拱施工質量檢測與評估的方法，主要有地質雷達法、鉆芯法、聲波法、瞬變電磁法、超聲回彈綜合法、回彈法、瑞雷波法、地震影像法及紅外線探測法等。檢測方法雖然很多，但如何保證隧道仰拱施工質量檢測的準確可靠卻一直困擾著檢測工作者們。在實際工程檢測工作中，最常用到的檢測方法有地質雷達法和鉆芯取樣法。

　　2隧道仰拱施工質量常用檢測方法評述

　　2.1地質雷達法

　　2.1.1地質雷達法檢測工作原理[4]地質雷達是采用無線電磁波檢測地下介質分布和對不可見目標體或地下界面進行掃描，以確定其內部結構形態或位置的電磁技術。其工作原理為:高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式通過發射天線發射，經目標體反射或透射后，由接受天線接收。高頻電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度和波形將隨所通過介質的介電特性及匯集形態不同而變化，并由此通過對時域波形的采集、后處理和分析，從而確定地下界面或目標體的空間位置或結構形態。地質雷達具有分辨率高、無損傷、效率高、抗干擾能力強等特點。地質雷達檢測采用剖面法，即發射天線(T)和接收天線(R)以固定的間距沿測線同步移動的量測方式，量測結果可用地質雷達時間剖面圖表示，其中橫坐標記錄天線在測線上的位置，縱坐標為反射波雙程走時，表示雷達波從發射天線出發經介質界面反射再回到接收天線所需的總時間。這種記錄能準確描述測線下方各反射界面的狀態。雷達工作原理，見圖1。

　　為確保時間剖面上各測點的里程位置與實際檢測里程位置相一致，在隧道左右邊墻上每5m作一個標記，方便標注里程時核對。在數據后處理過程中，根據標記和記錄的起始里程進行分析處理。襯砌界面的判釋:襯砌混凝土、噴射混凝土與圍巖(或其間脫空區域中的空氣)存在明顯的介電特性差異，因此在時間剖面圖上，混凝土襯砌底面與巖石之間有明顯的分界面。襯砌混凝土與噴射混凝土之間的介電特性也存在差別，利用介電特性的差別來判定不同介質之間的界面。數據處理及資料解釋流程，見圖2。原始數據經過處理后，得到深度與時間剖面，見圖3。然后，對比設計參數進行分析并得出檢測結果。

　　2.1.2地質雷達法優缺點地質雷達法檢測隧道仰拱，其優點是儀器輕便，無損檢測，檢測速度快，能連續檢測一條測線，檢測結果代表性較高。但由雷達天線頻率決定的探測深度與分辨率是互相制約的，高頻電磁波分辨率高，而淺部損耗嚴重，探測深度小;低頻電磁波穿透深度大，但分辨率較低[5]。在應用地質雷達法對隧道仰拱進行檢測時，對仰拱厚度的判斷多數基于仰拱上層鋼筋的雷達波反射信號，僅能大致推測仰拱的厚度，誤差較大，并且地質雷達在檢測仰拱鋼筋或鋼架時，也難以定量，僅能對鋼筋或鋼架的有無進行定性判斷。

　　隧道仰拱實際檢測過程中，常用的天線頻率有400，200(270)MHz。270MHz天線檢測某隧道仰拱時的典型雷達圖譜，見圖4、圖5。圖4基本看不到仰拱底部的反射面，且此段落仰拱無鋼筋;圖5中因仰拱有鋼筋而可以清晰看到鋼筋反射界面，鋼筋反射界面呈一條白色反射帶，鋼筋間距無法量化，且仰拱底部仍然無法看到。圖4、圖5由于雷達天線頻率較低，故分辨率也很低。400MHz天線檢測某隧道仰拱時的典型雷達圖譜，見圖6、圖7。圖6中，由于仰拱無鋼筋而看不到清晰的反射界面;圖7中由于仰拱有鋼筋，雷達圖像能清晰看到鋼筋層反射界面，但仰拱底部反射界面仍無法看到，相比較于圖5中鋼筋層反射界面，圖7中鋼筋層反射界面要清晰很多，但鋼筋的間距仍難以量化。

　　2.2傳統鉆芯法檢測隧道仰拱施工質量

　　2.2.1傳統鉆芯法檢測原理傳統鉆芯法采用地質鉆機在擬取芯部位進行鉆孔取芯檢測，通過量測芯樣長度來檢測隧道仰拱厚度;芯樣經過切割加工后進行抗壓試驗，檢測仰拱混凝土強度;通過取芯過程中的芯樣描述對仰拱填充進行評價;通過隧底芯樣對隧道底部圍巖情況進行檢測，判斷隧底清理是否徹底、是否有虛渣以及隧底圍巖情況。

　　2.2.2傳統鉆芯法優缺點傳統鉆芯法檢測，其缺點為破損檢測，且為局部點位檢測，代表性較雷達法較差，鉆機移動緩慢，效率不高。但鉆芯法檢測優點突出，具有測試結果誤差小、直觀，檢測結果可靠，不僅能真實反映仰拱混凝土厚度和回填情況，還可以進一步檢測仰拱混凝土的強度以及對隧道底部圍巖情況進行檢測，見圖8。2.2.3傳統鉆芯法改進方法為了克服鉆機移動緩慢，鉆芯效率不高這一問題，實際工作中可以考慮將地質鉆機安設到小型貨車上，由此可以加快移動轉場速度，提高工作效率，見圖9。對取芯代表性較差這一問題，還可考慮取芯時加大取芯密度，甚至可以考慮在每板施工的仰拱上隨機進行至少一處鉆芯檢測，以增強鉆芯檢測的代表性。

　　2.2.4傳統鉆芯法檢測隧道仰拱質量注意事項(1)鉆芯部位應根據需要合理布置，如無特殊需求，一般將取芯部位選在隧道中心水溝，既降低了對隧道施工的干擾，又方便鉆芯過程中冷卻水的循環利用。(2)鉆孔深度應鉆至隧底。(3)鉆頭內徑要滿足芯樣抗壓要求;鉆頭材質最好采用金剛石，并采用濕式鉆芯，利用水循環降低鉆進過程中鉆頭的溫度，且每次鉆進深度不宜超過50cm，以提高芯樣鉆取質量。(4)鉆芯前要平整場地，使地質鉆機安放平穩，并準確獲取取芯位置處的實際標高、隧道底部的設計標高和鉆芯取樣結束后的孔底標高。(5)轉盤轉速根據地層軟硬進行選擇，一般情況下使用慢速或中速，每鉆進50～70cm倒換一次鉆桿夾持器。(6)做好鉆芯過程記錄，芯樣存放在芯樣盒內，按鉆取先后順序存放，并做好芯樣存放記錄，記錄好混凝土芯樣里程部位、芯樣深度范圍等。

　　(7)對取芯過程做好影像資料留存，對芯樣進行封存。(8)鉆芯取樣結束后，及時對鉆孔進行注漿恢復，注漿材料建議用微膨脹混凝土進行充填，并振搗密實，以免因鉆芯引起仰拱結構水壞隱患。2.3便攜式地質鉆機鉆芯法檢測仰拱質量便攜式地質鉆機也稱背包式地質鉆機，便攜式地質鉆機鉆芯檢測方法是最近才發展起來的一種新型檢測方法，也是非常具有發展前景的一種鉆芯檢測方法。其檢測原理與傳統鉆芯法的檢測原理基本一致，但相比于傳統鉆芯檢測方法，便攜式地質鉆機攜帶方便，操作靈活、鉆孔快捷，且自帶汽油發動機，無需接入外部電源，供水系統有壓力瓶或小型水泵。由于便攜式地質鉆機取出的芯樣直徑目前多數情況下只有2～3cm，按現行規范不能進行抗壓試驗，因此便攜式地質鉆機取芯僅能檢測仰拱的厚度和仰拱填充情況。便攜式地質鉆機及現場取芯工作，見圖10。取出的芯樣，見圖11。

　　3結語

　　隧道仰拱施工質量檢測方法，應根據檢測目的選擇一種或幾種:(1)當僅需檢測仰拱厚度時，可以考慮選取便攜式地質鉆機進行鉆芯檢測。(2)當需要檢測仰拱厚度和強度時，則需要采用傳統地質鉆機進行鉆芯檢測。(3)當需要檢測仰拱鋼筋和鋼架情況時，則需用地質雷達法進行檢測;不過地質雷達法在檢測仰拱鋼筋或鋼架時，也僅僅能定性判斷出隧道仰拱中鋼筋或鋼架的有無或大致判斷出鋼筋鋼架的間距，而鋼筋或鋼架的準確間距由于雷達分辨率與檢測深度的這一不可調和的矛盾難以確定。在應用地質雷達對隧道仰拱進行檢測時，測線應盡量靠近邊墻位置，此位置仰拱填充較薄，可提高檢測質量。(4)仰拱施工質量最理想的檢測方法，應該是在仰拱填充之前采用地質雷達法進行檢測，這樣不僅可以檢測仰拱厚度，還可以準確檢測仰拱鋼筋、鋼架的間距，發現問題及時處置，把問題解決在下一道工序之前，減少返工帶來的損失。

　　作者：申付全 單位：四川省大件公路管理處

　　推薦閱讀：《土木建筑工程信息技術》(季刊)創刊于2009年，是經國家新聞出版總署批準登記注冊，由中國科協主管、中國工程圖學學會主辦的國家一級刊物，面向國內外公開發行。